Jakie skutki powoduje zwarcie?

Zastanów się, jakie skutki powoduje zwarcie? Na co musisz zwrócić uwagę?

Zwarcie

w elektrotechnice i elektronice oznacza nagłe zmniejszenie rezystancji obwodu elektrycznego do bardzo małej wartości, powstające najczęściej wskutek połączenia się żył przewodów obwodu lub uszkodzenia izolacji elektrycznej.

Prąd zwarciowy jest wielokrotnie większy od prądu roboczego i może osiągnąć wartości przekraczające 10 000 A (10 kA). Może spowodować zniszczenie przewodów i urządzeń elektrycznych. Często zwarcie w instalacji elektrycznej jest przyczyną powstania pożaru. 

Do ochrony przed skutkami zwarć służą zabezpieczenia w postaci bezpieczników topikowych lub wyłączników wyposażonych w wyłącznik zwarciowy, np. wyłączniki nadprądowe potocznie nazywane e-skami.

Przyczyny zwarć

Najczęstszymi przyczynami zwarć są:

• mechaniczne uszkodzenie izolacji obwodu elektrycznego,
• degradacja izolacji wskutek przeciążenia, czyli przegrzania, co powoduje utratę właściwości izolacyjnych
• czynnik ludzki, czyli błędne połączenia w obwodzie elektrycznym.

Zwarcie w instalacji elektrycznej powoduje bardzo poważne zagrożenia wywołane działaniem dużych sił elektrodynamicznych oraz wysokich temperatur powstałych podczas zwarcia.

Omówię te dwa groźne zjawiska.

Siły elektrodynamiczne

Jak pamiętamy ze szkoły (np. lekcje fizyki), siły elektrodynamiczne działają na dwa przewodniki, przez które przepływa prąd elektryczny. Przewodniki przyciągają się pod warunkiem, że płynące w nich prądy płyną w tym samym kierunku lub odpychają się, jeśli prądy w nich płyną w przeciwnych kierunkach.

Siła oddziaływania jest wprost proporcjonalna do długości L przewodników i do kwadratu płynącego prądu I oraz odwrotnie proporcjonalna do odległości d między przewodnikami.

Przykład:

W rozdzielnicy mamy przewody zasilające, np. Lgy o długości 1 m. Żyły są oddalone względem siebie o 5 cm. W chwili zwarcia prąd zwarciowy osiąga wartość 50 kA czyli 50 000 A. Oznacza to, że na przewody działa siła elektrodynamiczna o wartości 10 kN.

10 kN to wartość około 1 019,72 kg, czyli ponad 1 tonę.

Pokazuje to, z jakimi siłami elektrodynamicznymi muszą sobie poradzić zaciski aparatów elektrycznych, np. wyłączników nadprądowych do których podłączone zostały przewody.

Zacisk musi zapewnić, że podczas zwarcia przewód nie zostanie z niego wyrwany. W tym celu producenci podają z jaką siłą w Nm należy dokręcać zaciski aby wytrzymały tak duże obciążenia. Zbyt słabe lub zbyt mocne dokręcenie zacisku może spowodować wyrwanie lub wyłamanie przewodu.

W celu prawidłowego określenia siły dokręcenia należy użyć wkrętaka dynamometrycznego.

Przykładowe wkrętaki dynamometryczne sprawdź >>

Wracając do omawianego przykładu, całe urządzenie, np. wyłącznik nadprądowy, musi wytrzymać prąd zwarciowy, jak również mechanicznie musi wytrzymać znaczne siły elektrodynamiczne.

Prąd zwarciowy

Pod tym kontem rozdzielnie elektryczne, jak również aparaty w nich montowane, zostały znormalizowane na urządzenia montowane w domach, w przemyśle. Zostały określone prądy zwarcia jakie musi wytrzymać urządzenie, najpopularniejsze to: 6 kA, 10 kA, 15 kA. Dla przypomnienia 1 kA = 1 000 A

 

Urządzenia do zastosowań domowych i podobnych muszą spełniać Polską Normę nr: PN-EN 60898-1.

	Nazwa		Cena brutto	Nr katalogowy
	Wyłącznik nadprądowy 1P B 16 A	6 kA	11,60 zł	5SL6116-6
		10 kA	18,06 zł	5SL4116-6

Cena cennikowa Siemens według średniego kursu NBP Euro 4,1724 zł z dnia 2018-04-20

 Urządzenia do zastosowań przemysłowych muszą spełniać Polską Normę nr: PN-EN 60947-2.

Nazwa		Cena brutto	Nr katalogowy
Wyłącznik nadprądowy 1P B 16 A	6 kA	35,15 zł	5SY6116-6
	10 kA	48,04 zł	5SY4116-6
	15 kA	42,19 zł	5SY7116-6

Cena cennikowa Siemens według średniego kursu NBP Euro 4,1724 zł z dnia 2018-04-20

Skutki zwarć

Skutki działania sił elektrodynamicznych podczas zwarcia mogą być następujące:

• zniszczenie lub deformacja aparatów, urządzeń i szyn,
• rozerwanie zestyków,
• powstanie łuku elektrycznego.

Przypominam, że omawiam skutki, jakie powoduje zwarcie w obwodzie elektrycznym.

Przepływ prądu zwarciowego powoduje grzanie się elementów, co znacząco wpływa na niszczenie izolacji przewodów, izolatorów oraz wewnętrznych elementów urządzeń.
W czasie przepływu prądu elektrycznego przez przewodnik (np. przewód) wydziela się na nim ciepło. Wartość ciepła jest wprost proporcjonalna do kwadratu prądu i wprost proporcjonalna do czasu płynięcia prądu (Całka Joule’a). Jeżeli podczas krótkotrwałego zwarcia trwającego zaledwie 10 ms, a więc ułamek sekundy, płynie duży prąd np. o wartości 50 kA czyli 50 000 A, spowoduje to wydzielenie się dużej ilości ciepła 25 kJ.

Skutki termiczne w wyniku wydzielania się ciepła podczas zwarcia mogą powodować:

• zagrożenie życia i zdrowa w wyniku poparzenia łukiem elektrycznym,
• pożar w wyniku działania łuku elektrycznego lub wysokiej temperatury elementów instalacji elektrycznej.

Pożary są jednym z najczęściej występujących zagrożeń spowodowanych wadliwym działaniem instalacji elektrycznej. Wyrządzają ogromne straty w gospodarce, do których zaliczyć należy straty materialne oraz te związane z utratą danych i przestojami. W czasie pożarów, na skutek spalania lub termicznego rozkładu niektórych materiałów, powstają toksyczne dymy.

Wiemy, że prąd zwarciowy uszkadza urządzenia elektryczne. Najczęstszym uszkodzeniem jest sklejanie się zestyków aparatury, przez którą płynie prąd zwarciowy, np. zestyków stycznika, elementów bimetalowych, zacisków, itp. oraz degradacja izolacji z powodu przekroczenia dopuszczalnej temperatury.

Pamiętaj!

Prąd zwarciowy może bez problemu osiągnąć wartość 4 kA czyli 4 000 A dla porównania spawacz podczas wykonywania spawu używa najczęściej prądu 100 do 140 A.

Prąd przemienny o częstotliwości 50 Hz i napięciu 230/400 V jest najbardziej rozpowszechnionym środkiem przenoszenia energii elektrycznej. Z tego powodu większość porażeń i oparzeń ludzi prądem elektrycznym, nazywanych wypadkami elektrycznymi, występuje przy styczności człowieka z urządzeniami elektroenergetycznymi prądu przemiennego.

Prąd elektryczny podczas zwarcia powoduje takie urazy, jak:

• oparzenia ciała wskutek pożarów wywołanych zwarciem elektrycznym lub spowodowane dotknięciem do nagrzanych elementów,
• groźne dla życia oparzenia ciała łukiem elektrycznym, a także metalizacja skóry spowodowana osadzaniem się roztopionych cząstek metalu,
• uszkodzenia wzroku wskutek dużej jaskrawości łuku elektrycznego.

Przepływ prądu elektrycznego przez ciało ludzkie, tzw. prąd rażeniowy, może wywołać także wiele zmian fizycznych, chemicznych i biologicznych w organizmie człowieka poprzez oddziaływanie na układ nerwowy oraz w wyniku elektrolizy krwi i płynów fizjologicznych. Spowodować może nawet śmierć.

Bezpośrednio po rażeniu prądem, tzn. po przerwaniu przepływu prądu przez organizm człowieka, może wystąpić wstrząs elektryczny, objawiający się:

• przerażeniem,
• bladością,
• drżeniem ciała lub kończyn,
• nadmiernym wydzielaniem potu,
• stanem apatii lub euforii.

Może również wystąpić obrzęk mózgu i utrata przytomności, połączona z zatrzymaniem krążenia krwi i brakiem oddechu.

Skutki przepływu prądu przez ciało człowieka mogą się ujawnić także po pewnym czasie – od kilku minut do kilku miesięcy.

A Ty co sądzisz w tym temacie? Zamieść swój komentarz.

Udostępniaj LEGALNIE! Czyli jak? Zobacz >>